Khi hít vào, trichloroethylen gây ức chế hệ thần kinh trung ương dẫn đến gây mê toàn thân. Những tác động này có thể được trung gian bởi trichloroethylen hoạt động như một bộ điều biến biến cấu dương tính của các thụ thể GABA A và glycine ức chế.[13][14] Độ hòa tan trong máu cao của nó dẫn đến việc gây mê chậm hơn mong muốn. Ở nồng độ thấp, nó tương đối không gây kích ứng đường hô hấp. Nồng độ cao hơn dẫn đến thở nhanh. Nhiều loại rối loạn nhịp tim có thể xảy ra và bị trầm trọng hơn bởi epinephrine (adrenaline). Nó đã được ghi nhận vào những năm 1940 rằng TCE đã phản ứng với các hệ thống hấp thụ carbon dioxide (CO 2) (vôi soda) để tạo ra dichloroacetylene và phosgene. Rối loạn chức năng thần kinh sọ (đặc biệt là dây thần kinh sọ thứ năm) là phổ biến khi gây mê TCE bằng cách sử dụng hệ thống hấp thụ CO 2. Những thiếu hụt thần kinh có thể kéo dài trong nhiều tháng. Thỉnh thoảng tê mặt là vĩnh viễn. Thư giãn cơ bắp với gây mê TCE đủ để phẫu thuật là kém. Vì những lý do này cũng như các vấn đề về nhiễm độc gan, TCE đã mất đi sự phổ biến ở Bắc Mỹ và Châu Âu do thuốc gây mê mạnh hơn như halothane vào những năm 1960.

Các triệu chứng của phơi nhiễm phi y tế cấp tính tương tự như nhiễm độc rượu, bắt đầu bằng đau đầu, chóng mặt, và nhầm lẫn và tiến triển với sự gia tăng tiếp xúc với bất tỉnh.[15] Suy hô hấp và tuần hoàn có thể dẫn đến tử vong.

Phần lớn những gì được biết về ảnh hưởng sức khỏe con người của trichloroethylen dựa trên phơi nhiễm nghề nghiệp. Ngoài các tác động đến hệ thống thần kinh trung ương, việc tiếp xúc với trichloroethylen ở nơi làm việc có liên quan đến các tác dụng độc hại ở gan và thận.[15] Theo thời gian, giới hạn phơi nhiễm nghề nghiệp trên trichloroethylen đã được thắt chặt, dẫn đến việc kiểm soát thông gió nghiêm ngặt hơn và sử dụng thiết bị bảo vệ cá nhân của công nhân.

Nghiên cứu từ sinh học ung thư được thực hiện bởi Viện Ung thư Quốc gia (sau này là Chương trình Chất độc Quốc gia) cho thấy phơi nhiễm với trichloroethylen gây ung thư ở động vật, gây ung thư gan ở chuột và ung thư thận ở chuột.[15][16]

Báo cáo lần thứ 11 của Chương trình Chất độc quốc gia về chất gây ung thư đã phân loại trichloroethylen là một chất gây ung thư ở người, dựa trên bằng chứng hạn chế về khả năng gây ung thư từ các nghiên cứu ở người và đủ bằng chứng gây ung thư từ các nghiên cứu trên động vật thí nghiệm.[17]

Một đánh giá gần đây về dịch tễ học ung thư thận đánh giá việc hút thuốc lá và béo phì là yếu tố nguy cơ quan trọng đối với ung thư thận hơn là tiếp xúc với các dung môi như trichloroethylen.[18] Ngược lại, đánh giá tổng thể gần đây nhất về rủi ro sức khỏe con người liên quan đến tình trạng trichloroethylen, "[đây] là sự phù hợp giữa nghiên cứu trên động vật và người, trong đó ủng hộ kết luận rằng trichloroethylen là chất gây ung thư thận tiềm tàng".[19] Bằng chứng dường như ít chắc chắn hơn vào thời điểm này liên quan đến mối quan hệ giữa người và ung thư gan được quan sát thấy ở chuột, với NAS Hoa Kỳ cho thấy phơi nhiễm ở mức độ thấp có thể không có nguy cơ ung thư gan đáng kể trong dân số nói chung.

Các nghiên cứu gần đây trên động vật trong phòng thí nghiệm và quan sát ở quần thể người cho thấy phơi nhiễm với trichloroethylen có thể liên quan đến dị tật tim bẩm sinh [20][21][22][23][24] Mặc dù không rõ mức độ phơi nhiễm nào liên quan đến tim khiếm khuyết ở người, có sự thống nhất giữa các khiếm khuyết tim được quan sát trong các nghiên cứu về các cộng đồng tiếp xúc với ô nhiễm trichloroetylen trong nước ngầm và các tác động quan sát được ở động vật thí nghiệm. Một nghiên cứu được công bố vào tháng 8 năm 2008, đã chứng minh tác dụng của TCE đối với ty thể của con người. Bài viết câu hỏi liệu điều này có thể ảnh hưởng đến chức năng sinh sản nữ.[25]

Phơi nhiễm nghề nghiệp với TCE đã được báo cáo có liên quan đến sự phát triển các triệu chứng của bệnh Parkinson ở ba nhân viên phòng thí nghiệm.[26] Một nghiên cứu sinh đôi hồi cứu về các cặp bất hòa đối với bệnh Parkinson cho thấy nguy cơ mắc bệnh Parkinson tăng gấp 6 lần liên quan đến phơi nhiễm tại nơi làm việc của TCE.[27]

Những rủi ro về sức khỏe của trichloroethylen đã được nghiên cứu rộng rãi. Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) đã tài trợ đánh giá "tình trạng khoa học" về các ảnh hưởng sức khỏe liên quan đến phơi nhiễm với trichloroetylen.[28] Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia kết luận rằng bằng chứng về nguy cơ gây ung thư và các nguy cơ sức khỏe tiềm ẩn khác do phơi nhiễm với TCE đã được củng cố kể từ khi EPA công bố đánh giá độc tính về TCE và khuyến khích các cơ quan liên bang hoàn thiện đánh giá rủi ro đối với TCE bằng thông tin hiện có, do đó quyết định quản lý rủi ro cho hóa chất này có thể được xúc tiến.[19]

Ở châu Âu, Ủy ban khoa học về các giá trị giới hạn phơi nhiễm nghề nghiệp (SCOEL) khuyến nghị cho trichloroethylen một giới hạn phơi nhiễm nghề nghiệp (trung bình theo thời gian 8 giờ) là 10 ppm và giới hạn phơi nhiễm ngắn hạn (15 phút) là 30 ppm.[29]